专利名称：一种纯滚动齿轮机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及齿轮机构，尤其是涉及在啮合时没有相对滑动的一种纯滚动齿轮机构。
背景技术：
在机械传动中，摩擦轮机构与齿轮机构是两种互补的机构，它们的传动原理完全不同。摩擦轮机构中有两个摩擦轮，它们具有封闭的光滑轮廓；工作时两摩擦轮相切接触依靠摩擦力做纯滚动，通常不必润滑；但摩擦轮机构难以保证准确的速比。齿轮机构中有两个齿轮，每个齿轮上分别均布有凸出和凹下的配对齿形；工作时两轮靠轮齿的啮合传动，可以保证准确的速比；但啮时都有相对滑动，存在滑动摩擦，通常需要润滑。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纯滚动齿轮机构，能够综合摩擦传动与齿轮传动的主要优点，而避免其各自的主要缺点。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:技术方案1:一种纯滚动齿轮机构:在机架上安装有两个轴线平行的摩擦轮，两摩擦轮相切接触依靠摩擦力做纯滚动，两摩擦轮的圆柱面上分别均布有凸出和凹下的配对齿形，使得在与两摩擦轮轴线垂直的任一啮合平面内，配对的齿形只在两节圆的公切点上相切接触、瞬时啮合；两摩擦轮在啮合时没有相对滑动，形成摩擦传动与啮合传动共存的传动机构。所述的两个摩擦轮中，在第一个摩擦轮的圆柱面上均布有凸出在外的球形齿；在第二个摩擦轮的圆柱面上均布有与第一个摩擦轮上的球形齿齿距相等的、瞬时啮合的锥形孔；锥形孔的母线是渐开线、圆弧或直线；啮合点既在球形齿球面的大圆上，又在锥孔的棱边上。所述的两个摩擦轮中，在第一个摩擦轮的圆柱面上均布有凸出在外的螺旋齿；在第二个摩擦轮的圆柱面上均布有与第一个摩擦轮上的螺旋齿齿距相等的、瞬时啮合的螺旋槽；在任一啮合平面内，啮合点附近的齿形是渐开线、圆弧或直线；啮合点既在螺旋齿表面的内部，又在螺旋槽表面的棱边上。所述的两个摩擦轮中，第二个摩擦轮上的所有螺旋槽都沿半径向外延伸形成凸出在外的螺旋凸起，使啮合点出现在螺旋槽表面的内部，而不是出现在螺旋槽表面的棱边上；为了不与第二个摩擦轮上的螺旋凸起发生干涉，在第一个摩擦轮的圆柱面上所有螺旋齿的两侧都分布有不参与啮合的螺旋辅槽。技术方案2:一种纯滚动齿轮机构:在机架上安装有两个轴线平行的齿轮，在第一个齿轮的圆柱面上均布有凸出的螺旋齿，在第二个齿轮的圆柱面上均布有与第一个齿轮上的螺旋齿齿距相等的、瞬时啮合的凹下的螺旋槽；在与两齿轮轴线垂直的任一啮合平面内，配对的螺旋齿与螺旋槽之间只在两轮节圆的公切点上相切接触、瞬时啮合，两齿轮在啮合时没有相对滑动；螺旋齿与螺旋槽的螺旋角应保证在任何瞬时都至少存在两个啮合点，两个啮合点分别位于不同的啮合平面内，形成无隙啮合；在任一啮合平面内，啮合点附近的齿形是渐开线、圆弧或直线。技术方案3:一种纯滚动齿轮机构:在机架上安装有两个轴线相交的摩擦轮，两摩擦轮相切接触依靠摩擦力做纯滚动，两摩擦轮的圆锥面上分别均布有凸出和凹下的配对齿形，使得在与两摩擦轮轴线垂直的任一啮合球面内，配对的齿形只在两节圆的公切点上相切接触、瞬时啮合；两摩擦轮在啮合时没有相对滑动，形成摩擦传动与啮合传动共存的传动机构。所述的两个摩擦轮中，在第一个摩擦轮的圆锥面上均布有凸出在外的球形齿；在第二个摩擦轮的圆锥面上均布有与第一个摩擦轮上的球形齿齿距相等的、瞬时啮合的锥形孔；锥形孔的母线是渐开线、圆弧或直线；啮合点既在球形齿球面的大圆上，又在锥孔的棱边上。所述的两个摩擦轮中，在第一个摩擦轮的圆锥面上均布有凸出在外的螺旋齿；在第二个摩擦轮的圆锥面上均布有与第一个摩擦轮上的螺旋齿齿距相等的、瞬时啮合的螺旋槽；在任一哨合球面内，哨合点附近的齿形是球面渐开线、圆弧或哨合球面内的大圆；哨合点既在螺旋齿表面的内部，又在螺旋槽表面的棱边上。所述的两个摩擦轮中，第二个摩擦轮上的所有螺旋槽都沿半径向外延伸形成凸出在外的螺旋凸起，使啮合点出现在螺旋槽表面的内部，而不是出现在螺旋槽表面的棱边上；为了不与第二个摩擦轮上的螺旋凸起发生干涉，在第一个摩擦轮的圆锥面上所有螺旋齿的两侧都分布有不参与啮合的螺旋辅槽。技术方案4:一种纯滚动齿轮机构:在机架上安装有两个轴线相交的齿轮，在第一个齿轮的圆锥面上均布有凸出的螺旋齿，在第二个齿轮的圆锥面上均布有与第一个齿轮上的螺旋齿齿距相等的、瞬时啮合的凹下的螺旋槽；在与两齿轮轴线垂直的任一啮合球面内，配对的螺旋齿与螺旋槽之间只在两轮节圆的公切点上相切接触、瞬时啮合，两齿轮在啮合时没有相对滑动；螺旋齿与螺旋槽的螺旋角应保证在任何瞬时都至少存在两个啮合点，两个啮合点分别位于不同的啮合球面内，形成无隙啮合；在任一啮合球面内，啮合点附近的齿形是球面渐开线、圆弧或啮合球面内的大圆。本发明具有的有益效果是:作为摩擦轮机构与齿轮机构的杂合或变异，它综合了摩擦传动与啮合传动的主要优点，而避免了各自的主要缺点:它既无滑动摩擦、无需润滑，又有准确速比。当然，与一般摩擦传动相比，它增加了复杂性；与一般齿轮传动相比，它降低了承载能力。因而在载荷不大、需要准确速比又不便进行润滑的场合有着广阔的应用前景。
图1是本发明的工作原理图。图2是图1在啮合点附近的工作原理图。图3是本发明的第一种具体形式图，称为校正啮合式。
图4是本发明的第二种具体形式图，称为棱边啮合式。图5是图4的改进形式图。图6是本发明的第三种具体形式图，称为正常啮合式。图7是本发明的第四种具体形式图，称为单纯啮合式。图8是轴线相交时的校正啮合式图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。图1是本发明的工作原理图。位于同一啮合平面内的、圆心分别为点O1与点O2的两个节圆P1与P2相切于节点P。过节点P作一条斜直线与点O1与点O2的连线夹角为Y，并与圆心在点O1与点O2的两基圆B1与B2分别相切于点A1与点A2。过节点P可以分别作出基圆B1与B2的渐开线Γ i与Γ 2，它们在节点P的曲率中心分别是点A1与点A2。根据公知的渐开线啮合原理，当两个节圆P1与P2做纯滚动时，渐开线Γ i与Γ 2保持相切接触的啮合状态，但在除节点P之外的其它啮合点处均有相对滑动。为了避免相对滑动，本发明将啮合点限制在节点P处，而在其它位置则保持分离状态。为满足这一要求，方法之一是:将基圆B1与B2之一或两者同时向节点P收缩，获得一对新的渐开线，则它们仅在节点P处相切接触、瞬时啮合，在其它位置必处于分离状态。例如由基圆B2向节点P收缩得到的、圆心位于点O3点的基圆B3的渐开线Γ3，它在节点P的曲率中心是点A3 ;由于除节点P之外，渐开线1%完全落在Γ2的内侧，所以在图示瞬时渐开线「3与^相切啮合，但在其它位置则处于分离状态。当然，用于本发明的齿形并不局限于渐开线，任何仅在节点P处相切接触而在其它位置处于分离状态的一对平面曲线均可选用。因此，方法之二是:将渐开线之一或两者同时换成圆弧或直线。例如图中显示了圆弧Γ4与直线「5相切接触、瞬时啮合的情形，它们在其它位置处于分离状态，可以满足本发明的要求。对于轴线相交的情形，位于同一啮合球面内的、球面上圆心分别为点O1与点O2的两个节圆P1与P2相切于节点P。过节点P作一个啮合球面的大圆与过点O1与O2的大圆夹角为Y，并与球面上圆心在点O1与点O2的两基圆B1与B2分别相切于点A1与点Α2。过节点P可以分别作出基圆B1与B2的球面渐开线^与Γ2，它们在节点P的球面曲率中心分别是点A1与点Α2。根据公知的球面渐开线啮合原理，当两个节圆P1与P2做纯滚动时，球面渐开线F工与Γ2保持相切接触的啮合状态，但在除节点P之外的其它啮合点处均有相对滑动。为了避免相对滑动，本发明将啮合点限制在节点P处，而在其它位置则保持分离状态。为满足这一要求，方法之一是:将基圆B1与B2之一或两者同时在啮合球面内向节点P收缩，获得一对新的球面渐开线，则它们仅在节点P处相切接触、瞬时啮合，在其它位置必处于分离状态。例如由基圆B2向节点P在啮合球面内收缩得到的、球面上圆心位于点O3点的基圆B3的球面渐开线Γ3，它在节点P的球面曲率中心是点A3;由于除节点P之外，球面渐开线Γ3完全落在Γ2的内侧，所以在图示瞬时球面渐开线「3与^相切啮合，但在其它位置则处于分离状态。当然，用于本发明的齿形并不局限于球面渐开线，任何仅在节点P处相切接触而在其它位置处于分离状态的一对球面曲线均可选用。因此，方法之二是:将球面渐开线之一或两者同时换成哨合球面内的圆弧或大圆。例如图中显不了哨合球面内的圆弧Γ4与大圆「5相切接触、瞬时啮合的情形，它们在其它位置处于分离状态，可以满足本发明的要求。
同时，虽然图中仅仅表示了两轮转向相反的情形，但本发明对转向相同的情形同样适用。图2是图1在啮合点附近的工作原理图。由于本发明要求一对齿形曲线仅仅在节点P处相切接触、瞬时啮合，所以对齿形曲线的形状要求实际上仅限于节点P附近很小的区域，其它位置的形状只要不干涉就行，可以自由选择。又因为在光滑曲线任意一点附近，曲线的形状均可以用曲率圆进行逼近，因此，研究在本发明中采用圆弧齿形的理论条件具有普遍意义。如图所示，位于同一啮合平面内、圆心分别为点O1与点O2的两节圆P1与P2相切于节点P，半径分别为R1 = PO1, R2 = PO2 ;两轮的圆弧齿形r i与Γ 2相切于节点P，圆心分别为点O1与点O2，半径分别为ri = Po1, r2 = Po2,从PO2到Po2的转角为Y ;其中R2、r2和Y总是正数，而Rpr1则可正可负，图中所示为正数的情形况取负数表示两轮转向相同、点O1与点O2的在节点P的同侧，且必有Ir」> R2 ；Γι取负数表示两轮齿廓凹凸接触、点O1与点O2在节点P的同侧。现以节点P为原点，PO2为X轴建立直角坐标系，则在图示位置圆弧r i与Γ2的圆心坐标分别为A1(I1CC)S y , T1Sin Y )和o2(r2cos y , r2sin y )。现在,设轮I从图示位置沿逆时针转过角度Q1，则轮2沿逆时针转过的角度为Q2 = -R1Ql7^R2，并且圆弧 Γ i 与 Γ2 的圆心的坐标分别成为=O1H-RjR1COS Θ JT1COS ( Y + Θ j), R1Sin Θ ^r1Sin ( Y+ Q1)]和 o2 [R2-R2COs Θ 2+r2cos ( Y + Θ 2), -R2Sin Θ 2+r2sin ( Y + Θ 2)]。此时，圆弧 Γ i 与 Γ 2的圆心距离平方λ (Q1)成为:λ ( Θ 丄)=[R2-R2COs Θ 2+r2cos ( Y + Θ 2) +R1-R1Cos Θ ^r1Cos ( Y + Θ j) ]2 (I)+[-R2Sin Θ 2+r2sin ( y + Θ 2) -R1Sin Θ ^r1Sin ( Y + Θ j) ]2将上式对θ 求导后，令Θ i = 0，得:
权利要求
1.种纯滚动齿轮机构，其特征在于:在机架上安装有两个轴线平行的摩擦轮，两摩擦轮相切接触依靠摩擦力做纯滚动，两摩擦轮的圆柱面上分别均布有凸出和凹下的配对齿形，使得在与两摩擦轮轴线垂直的任一啮合平面内，配对的齿形只在两节圆的公切点上相切接触、瞬时啮合；两摩擦轮在啮合时没有相对滑动，形成摩擦传动与啮合传动共存的传动机构。
2.据权利要求1所述的一种纯滚动齿轮机构，其特征在于:所述的两个摩擦轮中，在第一个摩擦轮的圆柱面上均布有凸出在外的球形齿；在第二个摩擦轮的圆柱面上均布有与第一个摩擦轮上的球形齿齿距相等的、瞬时啮合的锥形孔；锥形孔的母线是渐开线、圆弧或直线；啮合点既在球形齿球面的大圆上，又在锥孔的棱边上。
3.据权利要求1所述的一种纯滚动齿轮机构，其特征在于:所述的两个摩擦轮中，在第一个摩擦轮的圆柱面上均布有凸出在外的螺旋齿；在第二个摩擦轮的圆柱面上均布有与第一个摩擦轮上的螺旋齿齿距相等的、瞬时啮合的螺旋槽；在任一啮合平面内，啮合点附近的齿形是渐开线、圆弧或直线；啮合点既在螺旋齿表面的内部，又在螺旋槽表面的棱边上。
4.据权利要求3所述的一种纯滚动齿轮机构，其特征在于:所述的两个摩擦轮中，第二个摩擦轮上的所有螺旋槽都沿半径向外延伸形成凸出在外的螺旋凸起，使啮合点出现在螺旋槽表面的内部，而不是出现在螺旋槽表面的棱边上；为了不与第二个摩擦轮上的螺旋凸起发生干涉，在第一个摩擦轮的圆柱面上所有螺旋齿的两侧都分布有不参与啮合的螺旋辅槽。
5.种纯滚动齿轮机构，其特征在于:在机架上安装有两个轴线平行的齿轮，在第一个齿轮的圆柱面上均布有凸出的螺旋齿，在第二个齿轮的圆柱面上均布有与第一个齿轮上的螺旋齿齿距相等的、瞬时啮合的凹下的螺旋槽；在与两齿轮轴线垂直的任一啮合平面内，配对的螺旋齿与螺旋槽之间只在两轮节圆的公切点上相切接触、瞬时啮合，两齿轮在啮合时没有相对滑动；螺旋齿与螺旋槽的螺旋角应保证在任何瞬时都至少存在两个啮合点，两个啮合点分别位于不同的啮合平面内，形成无隙啮合；在任一啮合平面内，啮合点附近的齿形是渐开线、圆弧或直线。
6.种纯滚动齿轮机 构，其特征在于:在机架上安装有两个轴线相交的摩擦轮，两摩擦轮相切接触依靠摩擦力做纯滚动，两摩擦轮的圆锥面上分别均布有凸出和凹下的配对齿形，使得在与两摩擦轮轴线垂直的任一啮合球面内，配对的齿形只在两节圆的公切点上相切接触、瞬时啮合；两摩擦轮在啮合时没有相对滑动，形成摩擦传动与啮合传动共存的传动机构。
7.据权利要求6所述的一种纯滚动齿轮机构，其特征在于:所述的两个摩擦轮中，在第一个摩擦轮的圆锥面上均布有凸出在外的球形齿；在第二个摩擦轮的圆锥面上均布有与第一个摩擦轮上的球形齿齿距相等的、瞬时啮合的锥形孔；锥形孔的母线是渐开线、圆弧或直线；啮合点既在球形齿球面的大圆上，又在锥孔的棱边上。
8.据权利要求6所述的一种纯滚动齿轮机构，其特征在于:所述的两个摩擦轮中，在第一个摩擦轮的圆锥面上均布有凸出在外的螺旋齿；在第二个摩擦轮的圆锥面上均布有与第一个摩擦轮上的螺旋齿齿距相等的、瞬时啮合的螺旋槽；在任一啮合球面内，啮合点附近的齿形是球面渐开线、圆弧或啮合球面内的大圆；啮合点既在螺旋齿表面的内部，又在螺旋槽表面的棱边上。
9.据权利要求8所述的一种纯滚动齿轮机构，其特征在于:所述的两个摩擦轮中，第二个摩擦轮上的所有螺旋槽都沿半径向外延伸形成凸出在外的螺旋凸起，使啮合点出现在螺旋槽表面的内部，而不是出现在螺旋槽表面的棱边上；为了不与第二个摩擦轮上的螺旋凸起发生干涉，在第一个摩擦轮的圆锥面上所有螺旋齿的两侧都分布有不参与啮合的螺旋辅槽。
10.种纯滚动齿轮机构，其特征在于:在机架上安装有两个轴线相交的齿轮，在第一个齿轮的圆锥面上均布有凸出的螺旋齿，在第二个齿轮的圆锥面上均布有与第一个齿轮上的螺旋齿齿距相等的、瞬时啮合的凹下的螺旋槽；在与两齿轮轴线垂直的任一啮合球面内，配对的螺旋齿与螺旋槽之间只在两轮节圆的公切点上相切接触、瞬时啮合，两齿轮在啮合时没有相对滑动；螺旋齿与螺旋槽的螺旋角应保证在任何瞬时都至少存在两个啮合点，两个哨合点分别位于不同的哨合球面内，形成无隙哨合；在任一哨合球面内，哨合点附近的齿形是球面渐开线、圆弧或啮 合球面内的大圆。
全文摘要
本发明公开了一种纯滚动齿轮机构。在机架上安装有两个轴线平行或相交的摩擦轮，两轮相切接触，依靠摩擦力做纯滚动，其上分别均布有凸出和凹下的配对齿形，使得在与两摩擦轮轴线垂直的任一啮合平面或球面内，配对齿形只在两节圆的公切点上相切接触、瞬时啮合，形成摩擦传动与啮合传动共存的传动机构。如果在任何瞬时都至少存在两个瞬时啮合点，它们分别位于不同的啮合平面或球面内，形成无隙啮合，就可以仅保留啮合传动，而不再需要摩擦传动，但两轮之间依旧为纯滚动，没有相对滑动。本发明综合了摩擦传动与啮合传动的主要优点它既无滑动摩擦、无需润滑，又有准确速比。在载荷不大、需要准确速比又不便进行润滑的场合有着广阔的应用前景。
文档编号F16H1/06GK103089920SQ201310054550
公开日2013年5月8日 申请日期2013年2月20日 优先权日2013年2月20日
发明者李立新 申请人:浙江大学